一种电化学合成咔唑类化合物的方法技术

本发明专利技术涉及一种电化学合成咔唑类化合物的方法，该方法以N‑取代的酰胺基联苯衍生物为底物，将底物和电解质加入至有机溶剂中，插入电极，搅拌并电解反应，以碳棒为阳极，铂片电极为阴极，在氮气中，室温下搅拌，恒电流反应，待反应结束，用旋转蒸发仪除去溶剂，残留物经快速硅胶柱层析纯化，得到产物。本发明专利技术以电促进反应，不需要昂贵的金属催化剂，不需要其他氧化剂，可以很温和的在室温下进行反应，选择性较好，收率较高，整个过程简单易行，符合绿色化学的理念。本发明专利技术无需额外氧化剂，简单高效，而且底物应用性广，具有不同取代基效应基团的化合物都可以得到很高的产率。制备方法简单，经济环保，具有一定的工业前景。

A method of electrochemical synthesis of carbazole compounds

【技术实现步骤摘要】
一种电化学合成咔唑类化合物的方法
本专利技术属于有机合成
，具体涉及电化学合成咔唑类化合物的方法。
技术介绍
咔唑在自然界存在于高温焦油馏分中。咔唑是一类含有富电子的含氮杂环化合物，具有大的π-共轭刚性结构，这种独特的结构，使其及其衍生物表现出很多优异的光电性能和生物活性。咔唑类化合物作为精细化学品的重要中间体，在许多领域都有十分广泛的应用。天然咔唑生物碱本身具有对微生物的抗原性，人们在其基础上对其结构进行修饰，从而获得生物活性更好的化合物，咔唑及其衍生物被广泛的应用到医药领域。随着科技的发展，咔唑及其衍生物在其他领域应用也受到人们的青睐。咔唑类化合物一般需要在金属催化或高价碘作用下，从而活化C-H键来形成。在2005年，Buchwald课题组报道了Pd催化的2-乙酰氨基联苯分子内C-H键胺化反应，并通过使用Cu(OAc)2作为氧化剂来形成咔唑衍生物(Tsang,W.C.P.；Zheng,N.；Buchwald,S.L.J.Am.Chem.Soc.2005,127,14560-14561.)。后来，Gaunt课题组报道了，在Pd催化剂存在下，用化学计量的高价碘处理后，N-烷基(Me，tBu，烯丙基和苄基)取代的2-氨基联苯可以转化为N-取代的咔唑(Jordan-Hore,J.A.；Johansson,C.C.C.；Gulias,M.；Beck,E.M.；Gaunt,M.J.J.Am.Chem.Soc.2008,130,16184-16186.)。Chang和他的同事利用高价碘作为氧化剂来促进Cu催化或无金属催化，由N-取代的酰胺基联苯形成咔唑(Cho,S.H.；Yoon,J.；Chang,S.J.Am.Chem.Soc.2011,133,5996-6005.)。然而，目前这些反应方法不免要使用到金属催化剂、氧化剂,容易造成资源浪费和环境污染,不符合国家环保政策和节能减排的生产要求。近年来，被称为“绿色合成”技术的有机电合成工艺作为一种新型而有效的化学合成方法，日益受到人们的重视。与传统的合成方法相比，电化学合成咔唑类化合物，借助电子转移，避免了其它氧化剂的使用。副产物为氢气，而且可在常温常压下运作，环境友好。还可以借助调节电压和电流密度以控制反应的进行，便于整个过程的自动化控制。目前，采用电化学合成咔唑类化合物，未见报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种电化学合成咔唑类化合物的方法，该方法无需另外添加氧化剂和催化剂，就能得到产物咔唑类化合物，后续处理简单。本专利技术的技术方案如下：一种电化学合成咔唑类化合物的方法，包括以下步骤：以N-取代的酰胺基联苯衍生物为底物，在无隔膜电解槽中，将底物、电解质、催化剂加入至有机溶剂中，插入电极，搅拌，在氮气中，以恒定电流进行电化学反应；待反应完成后，除去有机溶剂，残留物经分离纯化，即得咔唑类化合物。根据本专利技术，优选的，所述的N-取代的酰胺基联苯衍生物具有式(I)所示结构：式(I)中，R1为-H、-F、-Cl、-CF3、-Me、-CO2Me、-OMe、-NO2或-CN；R2为-H、-OMe、-Me、-F、-t-Bu、-Ph、-Cl、-Ac、-CN、-CO2Me或-NO2；R3为-COPhOMe、-SO2PhCl、-SO2PhMe或-Ac。根据本专利技术，优选的，所述的咔唑类化合物具有式(II)所示的结构：式(II)中，R1、R2、R3的含义与式(I)中相同。根据本专利技术，优选的，所述有机溶剂为二氯甲烷和三氟乙醇，进一步优选二氯甲烷和三氟乙醇按体积比为1:1的混合溶剂。根据本专利技术，优选的，所述电解质为四丁基六氟磷酸铵nBu4NPF6；优选的，所述电解质四丁基六氟磷酸铵nBu4NPF6的浓度为0.02-0.04毫摩尔/毫升。根据本专利技术，优选的，所述催化剂为四丁基碘化铵nBu4NI；优选的，催化剂四丁基碘化铵nBu4NI的浓度为0.002-0.004毫摩尔/毫升。根据本专利技术，优选的，阳极电极是碳棒，阴极电极为铂片。根据本专利技术，优选的，进行电化学反应的恒定电流大小为1.6-3mA,进一步优选1.7mA。根据本专利技术，优选的，进行电化学反应的时间为10-12h。根据本专利技术，优选的，进行电化学反应的温度为20-30℃，进一步优选25℃。根据本专利技术，优选的，分离纯化的方法为硅胶柱层析纯化，洗脱剂为乙酸乙酯/石油醚(1:50-1:3)。根据本专利技术，电化学合成咔唑类化合物的方法，一种优选的实施方案，包括以下步骤：以N-取代的酰胺基联苯衍生物为底物，以四丁基六氟磷酸铵为电解质，以四丁基碘化铵为催化剂，以三氟乙醇：二氯甲烷＝1:1的混合为有机溶剂，以碳棒为阳极，以铂片为阴极，在无隔膜电解槽中，将底物、电解质、催化剂加入至有机溶剂中，插入电极，搅拌，在氮气中，以1.7mA的恒定电流进行电化学反应；待反应完成后，除去有机溶剂，残留物经分离纯化，即得咔唑类化合物。本专利技术的反应路线：本专利技术中对于反应条件的关键控制因素，有电流的大小、电极材料的种类、电解质的种类和有机溶剂的组分配比等。电流过大，容易氧化产物；电流过小，难以氧化反应底物。阳极材料选择RVC时，没有形成产物。催化剂选择二茂铁时，产物的产率较低。改变有机溶剂的配比，产率的变化较大。这些条件因素如果控制不好会导致产物的产率较低，甚至会生成多个副产物。本专利技术的合成方法与现有技术相比有以下优点：1.本专利技术方法无需另外添加氧化剂和金属催化剂，就能得到产物咔唑类化合物，后续处理简单。2.本专利技术对电流大小、电极材料、电解质、有机溶剂的组分配比等因素进行筛选和控制，最终寻找到了成功电化学合成咔唑类化合物的方法，而且收率较高，高达90％。本专利技术电极为惰性电极，反应结束后，电极可重复使用，这样大大节约了成本；反应可在三口烧瓶中进行，无需专用电解池；这样就很容易实现本专利技术的操作。3.本专利技术合成步骤简单、反应条件温和，反应所需电极和容器廉价易得，无需专业设备。处理十分简便，最重要的是，而且反应无需添加金属催化剂，操作简便易行，反应效率高，电极材料可重复利用，副产物少，能源消耗少，适用于工业化生产，为咔唑类化合物的合成提供了一种新思路。附图说明图1为实施例1制备产物的1HNMR图；图2为实施例1制备产物的13CNMR图。图3为实施例2制备产物的1HNMR图；图4为实施例2制备产物的13CNMR图。图5为实施例3制备产物的1HNMR图；图6为实施例3制备产物的13CNMR图。图7为实施例4制备产物的1HNMR图；图8为实施例4制备产物的13CNMR图。图9为实施例5制备产物的1HNMR图；图10为实施例5制备产物的13CNMR图。图11为实施例6制备产物的1HNMR图；图12为实施例6制备产物的13CNMR图。...

【技术保护点】
1.一种电化学合成咔唑类化合物的方法，包括以下步骤：/n以N-取代的酰胺基联苯衍生物为底物，在无隔膜电解槽中，将底物、电解质、催化剂加入至有机溶剂中，插入电极，搅拌，在氮气中，以恒定电流进行电化学反应；待反应完成后，除去有机溶剂，残留物经分离纯化，即得咔唑类化合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种电化学合成咔唑类化合物的方法，包括以下步骤：
以N-取代的酰胺基联苯衍生物为底物，在无隔膜电解槽中，将底物、电解质、催化剂加入至有机溶剂中，插入电极，搅拌，在氮气中，以恒定电流进行电化学反应；待反应完成后，除去有机溶剂，残留物经分离纯化，即得咔唑类化合物。


2.根据权利要求1所述的电化学合成咔唑类化合物的方法，其特征在于，所述的N-取代的酰胺基联苯衍生物具有式(I)所示结构：



所述的咔唑类化合物具有式(II)所示的结构：



式(I)、(II)中，R1为-H、-F、-Cl、-CF3、-Me、-CO2Me、-OMe、-NO2或-CN；
R2为-H、-OMe、-Me、-F、-t-Bu、-Ph、-Cl、-Ac、-CN、-CO2Me或-NO2；
R3为-COPhOMe、-SO2PhCl、-SO2PhMe或-Ac。


3.根据权利要求1所述的电化学合成咔唑类化合物的方法，其特征在于，所述有机溶剂为二氯甲烷和三氟乙醇，优选二氯甲烷和三氟乙醇按体积比为1:1的混合溶剂。


4.根据权利要求1所述的电化学合成咔唑类化合物的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建宾，张攀，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37